ES&T Letters:土壤-空气界面的微塑料排放

文摘   科学   2024-04-24 14:08   中国台湾  

ES&T Letters:土壤-空气界面的微塑料排放

在这项研究中,作者旨在了解微塑料从土壤到大气的转移。研究了聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯(PP)微塑料颗粒,这些被报道为主要的塑料聚合物这些颗粒被研究了一系列微塑料大小的颗粒和纤维形状。此外,我们使用不同的土壤类型、土壤湿度水平和土壤微塑料浓度进行了实验,以评估微塑料的排放。根据这些发现,并广泛总结了全球报道的土壤微塑料浓度,开始进行初步分析,首次通过自下而上的方法评估土壤中微塑料排放到大气中的潜在影响,重点关注低于100 μm的微塑料颗粒,以符合TSP标准。

结果讨论:
(1)     

图1(塑料微粒大小对ER的影响:Sc =−0.9 (a)。塑料微粒纤维长度对ER的影响:Sc =−0.3 (b),土地类型影响10μm塑料微粒ER (c),土壤质地影响10μm塑料微粒ER (d)。土壤水分影响10μm塑料微粒ER: Sc = 0.3 (e)。土壤塑料微粒浓度影响10μm塑料微粒ER: Sc = 0.2 (e)。在实验中参数的控制变量图标题所示。实验过程中,相对湿度(RH) = 64±4%,温度= 24.5±0.5℃。每次实验时间限制为30分钟。)


根据图1a、b,很明显,聚合物类型的变化,如PS、PE、PVC和PP,对ER的影响最小。这表明未来对微塑料物理传输的研究不需要关注塑料材料。在长度为500 ~ 5000 μm、宽度为35 ~ 40 μm的光纤中,粉尘含量显著增加(图1b)。与ER上的颗粒相比,这些纤维有显著差异。此外,我们还研究了10 μm微塑料在不同类型土壤中的ER,这些土壤分别来自沙漠、农田、公路土壤和植被地(图1c)。根据土壤的质地可以进一步划分土壤类型(表S1)。研究发现,荒漠土壤中微塑料的ER高于其他土地类型土壤。其次,从图1d可以看出,含砂量高的土壤,其微塑性ER明显高于其他类型的土壤。如图1e所示,土壤湿度从1%增加到5%与10 μm微塑料颗粒的ER增加有关,对于微塑料浓度因子对ER的影响,对于10 μm微塑料,土壤浓度对ER的影响较小(图1f)。


图2(0 - 2.5、2.5 - 10、10 - 50和50 - 100 μm尺寸仓内土壤微塑料的计算浓度(b)。0 - 2.5、2.5 - 10、10 - 50、和50 ~ 100 μm (c).土壤源0 ~ 100 μm微塑料发射通量图(d).距地面300 m范围内各区域PM10微塑料质量图(e).距地面300 m范围内大气PM10微塑料浓度图(f). (e)和(f)为模型运行1年后获得的平衡质量和浓度。

为了初步了解土壤-空气微塑料对大气的潜在影响,作者使用全球模型进行了模拟,以评估PM10微塑料的传输,因为PM10被认为是可吸入颗粒,并且能够长距离大气传输在距地面300米以内的大气中,土壤源PM10微塑料预算总量为4[0.001−92]吨。大规模预算最高的是亚洲和非洲(图2e,按国家分列的详细情况;见表S4)。悬浮微塑料浓度为4 ×108[1 ×1014−5 ×105]mg/m3(图2f)。

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总结:

本研究探讨了土壤微塑料的大小、形状和浓度,以及土壤类型和湿度对微塑料通过土壤-空气界面转移的影响。这填补了0 ~ 5000 μm,特别是TSP低于100 μm的微塑料在土壤-空气系统中综合机理研究的知识空白。此外,这是第一次尝试对TSP微塑料土壤-空气排放通量进行自下而上的分析。此外,模拟结果显示,PM10微塑料虽然具有较高的ER,但其在土壤中的浓度较低。因此,它对空气质量的影响很小。

然而,尽管本研究基于微塑料粒径、全球地理位置、人口密度和土地类型等因素广泛分析了土壤微塑料的浓度分布,但我们只发现土壤微塑料浓度与微塑料粒径之间存在相关性,而其他三个因素之间没有显著相关性。因此,对于土壤微塑料浓度,我们不得不依赖于样品的总体不确定度,跨度为3个数量级。呼吁未来对不同地区和土壤类型的土壤微塑料浓度进行更全面的测量,以增强我们对全球微塑料分布和排放的了解。




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